淺談恒減速制動(dòng)在礦井提升控制中的應(yīng)用

摘 要:礦井提升設(shè)備在煤炭開采的全過(guò)程中擔(dān)負(fù)著礦物、人員、材料及設(shè)備的上下和運(yùn)輸工作，是保障礦井生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全的關(guān)鍵。隨著采掘技術(shù)的進(jìn)步和工作面的不斷延伸，礦井作業(yè)對(duì)提升系統(tǒng)制動(dòng)的安全性也提出了更高的要求，在這一背景下，恒減速制動(dòng)模式的優(yōu)勢(shì)顯露出來(lái)，逐漸成為了礦井提升控制的主流發(fā)展趨勢(shì)。本文從恒減速制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理出發(fā)，分析了提升機(jī)恒減速制動(dòng)的效果，并針對(duì)其設(shè)計(jì)使用中應(yīng)注意的問(wèn)題提出了富有針對(duì)性的控制策略。

關(guān)鍵詞:礦井提升 恒減速制動(dòng) 機(jī)電控制

中圖分類號(hào):TD44文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)07(a)-0085-01

1 礦井提升制動(dòng)在煤炭安全生產(chǎn)中的作用

作為礦井作業(yè)中的關(guān)鍵機(jī)械，礦井提升設(shè)備在生產(chǎn)的全過(guò)程中擔(dān)負(fù)著礦物、人員、材料及設(shè)備的上下和運(yùn)輸工作，對(duì)采礦效率具有重要影響。而提升系統(tǒng)一旦出現(xiàn)事故，常常會(huì)造成不可估量的生命財(cái)產(chǎn)損失。因此，必須對(duì)其制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行精密和及時(shí)的控制，以便在發(fā)生緊急情況時(shí)，通過(guò)可靠的制動(dòng)性能，減少和避免危險(xiǎn)的發(fā)生，確保煤炭生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性。研究顯示，影響提升機(jī)制動(dòng)效果的因素復(fù)雜，并可能根據(jù)不同的工況發(fā)生變化，而若在多變的工況下制動(dòng)減速度變化過(guò)大，制動(dòng)過(guò)程就會(huì)變得不平穩(wěn)，出現(xiàn)諸如鋼絲繩打滑等現(xiàn)象，使提升設(shè)備的安全性受到嚴(yán)重影響。目前，礦井提升機(jī)主要有一級(jí)制動(dòng)、二級(jí)制動(dòng)和恒減速制動(dòng)等幾種制動(dòng)模式，正常運(yùn)行時(shí)，各種制動(dòng)模式幾乎都可以滿足系統(tǒng)的工作要求，但隨著采掘技術(shù)的進(jìn)步和工作面的不斷延伸，系統(tǒng)對(duì)提升制動(dòng)的安全性要求不斷升高，恒減速制動(dòng)模式的優(yōu)勢(shì)逐漸顯露出來(lái)，逐漸成為了礦井提升控制的主流發(fā)展趨勢(shì)。該方法通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)油壓動(dòng)力實(shí)現(xiàn)了減速度恒定的控制目標(biāo)，讓提升設(shè)備可以按照事先設(shè)定減速度完成制動(dòng)，使提升設(shè)備的安全性大大提高。

2 恒減速制動(dòng)的工作原理

礦井提升機(jī)的運(yùn)行流程為啟動(dòng)→加速→勻速→減速→低速爬行→停車的循環(huán)過(guò)程。其中精確的“啟動(dòng)→加速→勻速”過(guò)程在生產(chǎn)中較容易實(shí)現(xiàn)，而控制的關(guān)鍵在于對(duì)“減速→低速爬行→停車”階段的準(zhǔn)確控制，恒減速制動(dòng)能使提升機(jī)平穩(wěn)、安全地進(jìn)入低速爬行階段，為精確的停車控制奠定了基礎(chǔ)。

由于制動(dòng)力矩與減速度之間屬于非線性關(guān)系，受復(fù)雜的工況條件影響，很難從力的因素入手對(duì)減速度進(jìn)行控制，因此，恒減速系統(tǒng)通常是通過(guò)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的。首先，制動(dòng)系統(tǒng)接收到由保護(hù)裝置發(fā)送的減速制動(dòng)信號(hào)，此時(shí)液壓系統(tǒng)的油壓下降到某一設(shè)定值，提升機(jī)運(yùn)行在磨閘皮狀態(tài)下。同時(shí)，安裝在滾筒的軸編碼器測(cè)量值進(jìn)入可編程邏輯控制器(PLC)內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算，得出減速度值和已設(shè)定的減速度值相比較，經(jīng)數(shù)字處理器處理，由減速度偏差值得到一個(gè)與制動(dòng)力矩相對(duì)應(yīng)的電流值，并將此電流值作用在恒減速電液比例閥上，通過(guò)電磁閥的啟閉，使制動(dòng)壓力處于增壓—保壓—減壓的狀態(tài)轉(zhuǎn)換中，從而使電機(jī)得到合適的制動(dòng)力矩，使電機(jī)按照恒定的減速度停車。恒減速系統(tǒng)極大地減小了減速環(huán)節(jié)對(duì)設(shè)備的沖擊，可克服由安全制動(dòng)引起的多繩摩擦提升機(jī)的鋼絲繩滑動(dòng)問(wèn)題和斜井提升機(jī)的鋼絲繩損傷與掉道問(wèn)題，還能改善纏繞式提升機(jī)因不平衡載荷而產(chǎn)生的制動(dòng)性能問(wèn)題。

3 提升機(jī)恒減速制動(dòng)在設(shè)計(jì)使用中應(yīng)注意的問(wèn)題

3.1 恒減速制動(dòng)模糊控制器的設(shè)計(jì)

礦井提升設(shè)備組成了一個(gè)大慣量閉環(huán)，其制動(dòng)部分則是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)、電、液一體化系統(tǒng)，工作中充滿了各種不確定性因素，阻尼與摩擦、制動(dòng)襯片彈性以及各元件間隙等的變化，都可能使制動(dòng)相應(yīng)表現(xiàn)出死區(qū)、滯環(huán)、飽和等多種強(qiáng)非線性動(dòng)態(tài)特征，給恒減速控制算法的動(dòng)態(tài)模型建設(shè)制造困難。而模糊控制器模擬人的思想和控制經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行決策，不需建立完整的數(shù)學(xué)模型，僅需以模糊控制算法，模擬執(zhí)行元件在電機(jī)閘盤上對(duì)制動(dòng)力矩作用進(jìn)行控制，實(shí)踐中具有良好的靈活性和魯棒性。

模糊控制器的設(shè)計(jì)首先由確定其輸入、輸出語(yǔ)言變量開始，通常選取與實(shí)際減速度有關(guān)的變量作為輸入語(yǔ)言變量，而輸出語(yǔ)言則選擇與油壓有關(guān)的變量。其次應(yīng)將模糊控制器輸入、輸出變量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系通過(guò)邏輯推理表現(xiàn)出來(lái)，建立控制器的控制規(guī)則集。在模糊推理開始前，應(yīng)對(duì)精確輸入量進(jìn)行模糊化處理，將其轉(zhuǎn)換至輸入語(yǔ)言變量可以討論的論域范圍內(nèi)，再以適當(dāng)?shù)碾`屬度函數(shù)在各自的論域中對(duì)其進(jìn)行描述，得出推理結(jié)果后，還需將此模糊集合進(jìn)行模糊判決，即找出其隸屬度函數(shù)或橫坐標(biāo)圍成面積的重心在論域上的值，即可將集合轉(zhuǎn)換為精確值，從而可以向?qū)ο髮?shí)施直接控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，還應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，得出制動(dòng)壓力與速度的關(guān)系曲線，驗(yàn)證該控制模式是否切實(shí)具有可行性。

3.2 貼閘環(huán)節(jié)的控制

恒減速制動(dòng)控制環(huán)節(jié)復(fù)雜，每一部分的性能都能影響到最終的調(diào)節(jié)效果。如油液的清潔度，整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的剛性、控制元件的調(diào)節(jié)性能、電氣元件是否受到干擾等。其中恒減速調(diào)節(jié)的第一步是液壓回路中溢流閥將制動(dòng)器內(nèi)大部分的油泄回油箱，即“貼閘”過(guò)程，該環(huán)節(jié)對(duì)整個(gè)調(diào)試效果起著關(guān)鍵作用。安全回路斷開的瞬間，閘瓦與閘盤有1mm左右的間隙，這1mm左右的間隙可能會(huì)導(dǎo)致飛車或速度超調(diào)。從控制角度講，壓力環(huán)首先給出了一壓力信號(hào)，反映到速度環(huán)中得出一初始速度偏差。如果貼閘不迅速，會(huì)出現(xiàn)速度超調(diào)量大，即初始速度偏差大。而影響貼閘效果的因素很多。以制動(dòng)器為例，若其碟簧的回彈速度不夠，油壓降得慢，貼閘時(shí)間長(zhǎng)，可能使之后某點(diǎn)的瞬時(shí)制動(dòng)減速度很大。因此在恒減速調(diào)試之前，應(yīng)首先對(duì)制動(dòng)器的性能指標(biāo)和空動(dòng)時(shí)間進(jìn)行檢查。此外，原配件性能和裝配精度也對(duì)貼閘效果有較大的影響，須依現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。為使減速曲線平緩，須通過(guò)對(duì)比例閥的線性調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)器油液的精密控制。實(shí)踐中應(yīng)由低速到高速，輕載到重載，逐次調(diào)節(jié)，兼顧各種工況，以達(dá)到理想的貼閘效果。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，恒減速制動(dòng)系統(tǒng)因其科學(xué)的運(yùn)行模式使提升設(shè)備得到了精確、合理的控制，提高了提升作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性。但與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比，我國(guó)的恒減速制動(dòng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和使用環(huán)節(jié)還都存在著相當(dāng)大的差距。相關(guān)工作人員應(yīng)在現(xiàn)有控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷總結(jié)問(wèn)題、積累經(jīng)驗(yàn)，不斷提高制動(dòng)系統(tǒng)的科學(xué)性和適應(yīng)性，以期盡可能延長(zhǎng)提升機(jī)的使用壽命，保證礦井生產(chǎn)活動(dòng)安全、流暢、有序地進(jìn)行。

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